Методы прототипирования печатных плат
Я много писала про то, как заказываю СВЧ печатные платы для проектов на специализированных заводах, которые применяют технологию фотолитографии. Мои статьи (Leka_engineer) ищите в моём профиле на Хабре и в моей группе в ВК. А подробнее про технологию фотолитографии можно поискать в интернете или посмотреть неплохой фильм в ютубе Резонита. Кстати этот фильм и другие интересные и полезные материалы я выкладываю в своём телеграм-канале.
В этой статье я хочу немного рассказать про другие способы изготовления печатных плат. С развитием 3d принтеров стали появляться приборы на основе шаговых двигателей — лазеры и фрезерные станки (тут я не утверждаю, что было первично, я говорю про одновременное развитие и доступность). Мини лазеры и фрезеры, помещающиеся на обычный стол, стали доступны простым людям. В зависимости от мощности лазера, с помощью него можно делать простые рисунки-надписи, а можно выжигать поверхностные слои. Таким способом, очевидно, можно изготовить печатную плату — где есть «дорожки» оставить металл, а где они не нужны — сжечь. Аналогично работает и фрезерный станок, можно настроить его так, чтобы он снимал тонкий слой металлизации с платы в нужных местах.
Ключевое слово тут «настроить». У меня нет опыта в 3d печати, но кто этим занимается, думаю, знают, насколько сложно настроить печать правильно — отцентрировать (откалибровать), следить, чтобы ничего не покосилось и фигуру не повело и т.д. Очевидно, что относительно бюджетные модели 3d принтеров не позволят создать сложные фигуры. Так же и с прототипированием. Наверняка кто-то может и делает простые платы дома, но платы, к которым предъявляются требования по точности изготовления делаются на профессиональных машинах.
Я знакома только с профессиональными машинами, про них и расскажу немного. Метод прототипирования печатных плат получил жаргонное название по самой известной марке (как Ксерокс) — LPKF. Это немецкая компания, основанная в 1976 году.
Из Википедии:
Первыми продуктами были фрезерные сверлильные плоттеры для структурирования печатных плат — устройство фрезерует конструкцию проводника из основного материала в отрицательном процессе. Название LPKF произошло от продукта для копировального фрезерования печатных плат.
С 1989 года компания занимается использованием лазеров в промышленном производстве.
Исторически сложилось так, что LPKF является машиностроительным предприятием с точными технологиями. В действующей структуре различают следующие направления бизнеса: печатные платы (прототипирование и обработка), технологии изготовления трафаретов, солнечные элементы, Molded Interconnect Devices (трехмерные электронные компоненты), лазерная сварка пластика.
Профессиональные лазерные и фрезерные станки для прототипирования позволяют изготавливать платы с высокой точностью. ПО станков воспринимает разные форматы печатных плат (gerber, cam и т.п.) и сами строят внутреннюю программу. Лазеры обычно сначала выжигают контуры дорожек, а большие полигоны сначала нарезают на широкие полосы, а затем расфокусированным лучом нагревают, и полосы отслаиваются. У меня в рус. телеграме был об этом вопрос, вот пишу))
Фрезеры часто имеют автоматизированную систему смены фрез. Дополнительно обычно такие станки оснащены вакуумным столиком и компрессором для его работы. А также не рекомендуется работать без вытяжки (пыль от плат очень опасна для здоровья!), обычно она встроена.
2 Фрезерный станок для прототипирования плат DerinMotion Cube 3D RF Pro
Из марок-аналогов я знаю только небольшую турецкую компанию DerinMotion. У них фрезерные станки для прототипирования плат, собираемые в Турции из японских комплектующих. Кстати, они выкладывают «залипательные» видео на ютубе! Уверена, существуют и другие такие станки, китайские уж точно! Эта статья написана Leka_engineer.
Достоинства и недостатки обоих способов прототипирования:
+простота обучения | -высокая стоимость проф.станков |
+скорость | -отсутствие финишного покрытия* |
+конфиденциальность | -невозможность исполнения мет. отверстий** |
+возможность доработки | -необходимость наличия оператора |
*обычно такими способами изготавливают именно макеты, прототипы, поэтому нет необходимости защитного финишного покрытия, а измерить параметры устройства можно до того, как медь начнёт окисляться. Кроме того на некоторых предприятиях есть своя гальваника.
** обычно вместо отверстий делают заклёпки. Но, очевидно, что для СВЧ тока они будут иметь другие параметры, нежели VIA с осаждённым металлом. Иногда вместо мет. отверстия запаивают проволоку (вручную).
На фотографиях ниже представлены платы моего дизайна, изготовленные «методом LPKF».
2 Детектор, контролирующий ширину импульса. Плата изготовлена на LPKF (лазерный)
3 Делитель на материале Isola. Плата изготовлена в DerinMotion (фрезер)
4 Микрополосковая линия на материале Rogers. Плата изготовлена на LPKF (лазерный)
На фрезерном LPKF мы тоже делали платы в двух разных местах. К сожалению, нет фотографий. В таблице ниже плюсы и минусы лазерного и фрезерного методов по моему личному мнению.
Лазерный | Фрезерный |
-рабочее поле 5×5 см* | +рабочее поле определяется размером столика |
-доработка почти невозможна | +есть возможность доработки готовой платы |
-материал диэлектрика темнеет и пахнет | -края дорожек рваные** |
*станок сам смещает оптику к каждому следующему рабочему полю, если размер платы больше;, но остаются тонкие полоски меди, которые видно только в микроскоп, и которые необходимо удалять вручную
**не берусь утверждать, что это не проблема затупленного инструмента или кривости рук оператора
Всем спасибо за внимание!
